KR101363007B1 - 마찰 압접기의 버 제거 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 마찰 압접 후에 즉시 버 제거할 수 있는 마찰 압접기의 버 제거 장치의 제공.
[해결 수단] 수평으로 배열 설치한 회전 주축(22) 전단부의 파지 기구(24)로 워크(W1)를 회전 주축(22)과 동축상으로 파지하고, 회전 주축(22)의 축선(L)에 대하여 접근/이반 방향으로 이동 가능한 부축(30) 전단부의 파지 기구(34)로 워크(W2)를 동축상으로 파지하고, 회전 주축(22)과 일체로 회전하는 워크(W1)에 대하여 부축(30)과 일체로 워크(W2)를 전진시켜, 워크(W1, W2)의 단면끼리를 마찰 압접하는 마찰 압접기로서, 회전 주축(22)의 전방에 배치한 도넛형 커터(50)를 관통하도록 워크(W2)를 전진시켜, 커터(50)의 회전 주축(22)측에서 양쪽 워크(W1, W2)를 마찰 압접한 후, 커터(50)를 회전 주축(22)측으로 이동하여, 워크 접합체(W)의 외주에 형성된 링 형상의 버(w)를 전단한다. 회전 주축(22)측의 워크 접합체(W)의 파지를 해제하고, 부축(30)을 후퇴시켜, 워크 접합체(W)를 커터(50)로부터 뽑아낼 때에, 워크 접합체(W)로부터 버(w)가 분리 낙하한다.

Description

마찰 압접기의 버 제거 장치{DEBURRING DEVICE FOR FRICTION WELDING MACHINE}

제 1 봉 형상 워크를 파지하는 파지 기구를 그 전단부에 설치한 회전 주축과, 상기 회전 주축의 회전축선에 대하여 접근/이반 방향으로 왕복동작 가능하고, 제 2 봉 형상 워크를 제 1 봉 형상 워크와 동축상으로 파지하는 파지 기구를 그 전단부에 설치한 부축을 구비하고, 회전하는 제 1 워크의 단면에 제 2 워크의 단면을 눌러서 양쪽 워크를 마찰 압접하는 마찰 압접기에 관한 것으로, 특히, 회전 주축과 부축 사이에 설치한 커터에 의해, 양쪽 워크의 접합부에 발생한 링 형상의 버를 제거하는 마찰 압접기의 버 제거 장치에 관한 것이다.

하기 특허문헌 1에는, 마찰 압접기의 기기 테이블 위에, 제 1 소재를 파지하는 회전 척을 가진 회전 주축을 내장하는 주축대와, 제 1 소재와 동축상으로 제 2 소재를 파지하는 고정 척을 갖고, 회전 주축의 축선을 따라 진퇴 동작 가능한 왕복대를 구비하고, 왕복대에는, 선회하여 소재 접합체를 포위하는 둥근 고리 형상 커터를 구성하는 한 쌍의 커터 암이 설치됨과 아울러, 소재 접합체의 제 2 소재측 단부를 지지하고 회전축선을 따라 슬라이드 가능한 슬라이드 유닛(보조 부재)이 왕복대에 조립된 마찰 압접기의 버 제거 장치가 개시되어 있다.

상세하게는, 주축대에 대하여 왕복대를 접근시킴(전진시킴)으로써 회전하는 제 1 소재의 단면에 제 2 소재의 단면을 눌러서 양쪽 소재를 마찰 압접에 의해 접합한 후, 소재 접합체의 주축측 척을 해제하고 왕복대를 소정량만큼 후퇴시켜, 소재 접합체의 제 1 소재측을 주축으로부터 뽑아낸다. 이어서, 커터 암을 선회하여 소재 접합체를 포위하는 둥근 고리 형상 커터를 구성함과 아울러, 고정 척(소재 접합체의 파지)을 해제하고, 슬라이드 유닛(보조 부재)을 왕복대에 대하여 슬라이드 가능하게 유지한 후, 왕복대를 후퇴시킨다. 왕복대가 후퇴하면, 슬라이드 유닛 후단부의 다리부가 기기 테이블에 설치한 스토퍼 금속에 맞닿아, 슬라이드 유닛의 후퇴가 억제되고, 왕복대만이 후퇴한다. 즉, 왕복대가 후퇴함으로써 왕복대와 축방향으로 일체화되어 있는 둥근 고리 형상 커터 및 고정 척에 대하여 소재 접합체가 슬라이드 유닛(보조 부재)의 전단부로 밀려나오는 형태가 되고, 소재 접합체의 접합부에 형성되어 있는 링 형상의 버가 둥근 고리 형상 커터에 의해 전단되어 제거되므로, 마찰 압접 작업의 사이클 타임 중에 버 제거 작업을 자동적으로 할 수 있다.

일본 특개 평11-151583호(단락 0005, 0006, 0009∼00014, 도 1, 도 2, 도 3, 도 5)

(발명의 개요)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

특허문헌 1에서는, 확실히, 마찰 압접 작업의 사이클 타임 중에 버 제거 작업을 할 수 있지만, 이하와 같은 문제점이 있다.

첫 번째는, 소재 접합체를 포위하는 둥근 고리 형상 커터를 선회 커터 암으로 구성하기 때문에, 소재 접합체의 주축측 척을 해제하여 왕복대를 소정량만큼 후퇴시킨 뒤에, 커터 암을 선회하여 소재 접합체를 포위하는 둥근 고리 형상 커터를 구성하지 않는 한, 왕복대를 더 후퇴시켜 행하는 버 제거 작업을 행할 수 없다. 즉, 커터 암을 선회하여 둥근 고리 형상 커터를 구성하는 공정이 있으므로, 마찰 압접 후에 즉시 버 제거 공정으로 이행할 수 없어, 마찰 압접 공정 개시로부터 버 제거가 완료될 때까지의 시간이 길다.

두 번째는, 마찰 압접 후의 버 제거 개시까지 시간이 걸려, 그만큼 버가 냉각되어 경화하기 때문에, 버를 확실하게 제거할 수 없다거나, 커터의 소모가 현저한 등의 문제가 있다.

세 번째는 슬라이드 유닛(보조 부재)이 왕복대에 조립 일체화되어 있지만, 왕복대가 소정량 후퇴했을 때에 왕복대에 대하여 축방향으로 슬라이드 가능하게 되도록 슬라이드 유닛(보조 부재)을 구성하거나, 소재 접합체를 포위하는 둥근 고리 형상 커터를 선회 가능한 커터 암으로 구성하는 등, 버 제거 장치의 구조가 대단히 복잡하게 되는데다, 버 제거 장치를 편입한 마찰 압접기 전체가 대형으로 된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 마찰 압접 후에 즉시 버 제거가 가능한 콤팩트한 마찰 압접기의 버 제거 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명(청구항 1)에 따른 마찰 압접기의 버 제거 장치에서는,

수평으로 배열 설치된 회전 주축과, 상기 회전 주축의 전단부에 설치되고, 제 1 봉 형상 워크를 이 회전 주축과 동축상으로 파지하는 파지 기구와, 상기 회전 주축의 축선을 따라 접근/이반 방향으로 왕복동작 가능한 부축과, 상기 회전 주축의 전단부와 대향하는 상기 부축의 전단부에 설치되고, 제 2 봉 형상 워크를 상기 제 1 봉 형상 워크와 동축상으로 파지하는 파지 기구를 구비하고, 상기 회전 주축과 일체로 회전하는 제 1 봉 형상 워크에 대하여 상기 부축과 일체로 상기 제 2 봉 형상 워크를 전진시키고, 회전하는 제 1 봉 형상 워크의 단면에 제 2 봉 형상 워크의 단면을 눌러서 양쪽 워크를 마찰 압접하는 마찰 압접기에 있어서,

상기 제 1, 제 2 봉 형상 워크를 동일 직경으로 형성하고, 상기 회전 주축에 파지된 제 1 봉 형상 워크로부터 떨어진 영역중 상기 회전 주축에 대하여 전방의 위치에, 상기 봉 형상 워크의 외경보다 약간 큰 내경을 갖고, 상기 회전 주축의 축선을 따라 이동 가능한 도넛형 커터를 설치하도록 구성했다.

(작용)

회전 주축의 파지 기구에 파지되어 회전 주축과 일체로 회전하는 제 1 봉 형상 워크에 대하여, 부축의 파지 기구에 파지된 제 2 봉 형상 워크가, 회전 주축의 전방에 배치된 도넛형 커터를 관통하도록 전진하여, 회전하는 제 1 워크의 단면에 제 2 워크의 단면이 압접되고, 커터의 회전축측에서 양쪽 워크의 단면끼리 마찰 압접에 의해 접합되어, 양쪽 워크의 접합부에는 링 형상의 버가 형성된다.

즉, 마찰 압접에 의해 접합 일체화된 워크 접합체는 그 양단부가 회전 주축측(의 파지 기구)과 부축측(의 파지 기구)에 각각 파지되어, 도넛형 커터를 관통한 형태로 되어 있고, 커터의 회전 주축측에 위치하는 워크 접합부에는 링 형상의 버가 형성되어 있다.

그래서, 도넛형 커터를 회전 주축측으로 이동시킴으로써 워크 접합체의 접합부에 형성되어 있는 링 형상의 버를 커터에 의해 전단한다. 또한, 회전 주축측의 파지 기구에 의한 워크 접합체의 파지를 해제하고, 부축을 후퇴(회전 주축으로부터 이반하는 방향으로 이동)시켜, 회전 주축(의 파지 기구) 및 도넛형 커터로부터 워크 접합체를 뽑아낸다. 도넛형 커터로부터 워크 접합체를 뽑아낼 때에, 링 형상의 버는 도넛형 커터에 저지되고 워크 접합체로부터 분리되어, 낙하한다.

이와 같이, 워크끼리를 마찰 압접되게 하는 마찰 압접 공정 후, 즉시 버를 전단 제거할 수 있다.

또한 버 제거 장치는 제 1, 제 2 봉 형상 워크가 관통 가능한 내경을 갖고, 회전 주축과 부축 사이에 배치되어, 회전 주축의 축선에 따라 이동 가능한 도넛형 커터와, 이 커터를 회전 주축의 축선을 따라 이동(왕복동작)시키는 커터 구동 수단으로 구성된 대단히 간결하고 또한 콤팩트한 구조이다.

또한 제 2 항에서는, 청구항 1에 기재된 마찰 압접기의 버 제거 장치에 있어서, 상기 커터의 구동 수단을, 상기 회전 주축의 케이싱 전단부에 설치되어, 파지 기구를 내장하는 상기 회전 주축의 전단부를 둘러싸는 둥근 고리형(圓環型) 유체압 실린더로 구성했다.

(작용)

커터 구동 수단이 회전 주축의 케이싱 전단부에 설치되고, 회전 주축의 전단부를 둘러싸는 둥근 고리형 유체압 실린더로 구성되어 있으므로, 도넛형 커터를 회전 주축의 축선을 따라 정확하게 이동시킬 수 있음과 아울러, 회전 주축측을 축방향 및 반경방향으로 대형화하지도 않는다.

또한 제 3 항에서는, 청구항 1 또는 2에 기재된 마찰 압접기의 버 제거 장치에 있어서, 상기 도넛형 커터를, 상기 회전 주축에 파지된 제 1 봉 형상 워크의 전단부로부터, 워크를 마찰 압접할 때에 발생하는 버와 접촉하지 않는 최단 거리만큼 이간(離間)하도록 배치했다.

(작용)

종래의 마찰 압접기에서는, 회전하는 제 1 봉 형상 워크와 전진하는 제 2 봉 형상 워크 사이에 버 제거용의 커터를 배치하지 않은 상태에서 마찰 압접을 행하는 것에 대해, 본 발명에서는, 제 1 봉 형상 워크의 전방에 배치한 도넛형 커터를 관통하도록 제 2 봉 형상 워크를 전진시켜 마찰 압접을 행하기 때문에, 제 2 봉 형상 워크를 파지하는 부축의 전단부(의 워크 파지 기구)가 커터와 간섭하지 않도록, 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분(파지 기구에서 파지되어 있지 않은 제 2 워크의 전방 돌출 길이)(d)(도 2 참조)을, 종래의 마찰 압접기에 있어서의 워크의 돌출 부분보다 적어도 커터의 두께 상당만큼 길게 할 필요가 있다. 즉, 워크를 마찰 압접할 때에 발생하는 버가 커터와 접촉하면, 버와 커터가 용착해 버리거나, 마찰열에 의해 커터의 수명이 저하되는 등, 마찰 압접 공정 및 버 제거 공정을 원활하게 수행할 수 없기 때문이다.

그러나, 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분이 길어(커)지면, 제 1, 제 2 워크의 단면끼리를 마찰 압접할 때에, 회전 주축의 축선에 대하여 워크 접합부가 벗어나서, 워크 접합체의 축심의 정확도가 나오지 않을(워크 접합체의 제 1 봉 형상 워크측의 축심과 제 2 봉 형상 워크측의 축심이 경사질) 우려가 있다.

그런데, 청구항 3에서는, 제 1, 제 2 워크를 마찰 압접할 때에 발생하는 버와 접촉하지 않는 범위에서, 도넛형 커터를 제 1 봉 형상 워크의 전단부에 가능한 한 접근하여 배치하고 있기 때문에, 그만큼 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분(d)을 짧게(작게) 할 수 있고, 이것에 의해, 제 1, 제 2 워크의 단면끼리를 마찰 압접할 때에 회전 주축의 축선에 대한 워크 접합부의 벗어남이 억제된다.

또한 청구항 4에서는, 청구항 2 또는 3에 기재된 마찰 압접기의 버 제거 장치에서, 상기 도넛형 커터를, 상기 둥근 고리형 유체압 실린더를 구성하는 통형 피스톤의 전단부에 가이드핀을 통하여 축방향으로 슬라이딩 가능하게 연결함과 아울러, 상기 피스톤과 상기 커터 사이에 개재한 스프링 부재에 의해, 피스톤으로부터 이간하는 방향으로 스프링 가압하도록 구성하고, 상기 제 1 봉 형상 워크에 대하여 상기 제 2 봉 형상 워크가 전진하여 마찰 압접될 때에, 상기 커터가 상기 부축의 전단부에 눌려서 후퇴하도록 구성했다.

(작용)

청구항 3의 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분(파지 기구에서 파지되어 있지 않은 제 2 워크의 전방 돌출 길이)이, 종래 기술에 있어서의 워크의 돌출 부분보다 적어도 커터의 두께 상당만큼 길어(커)져서, 워크의 단면끼리를 마찰 압접할 때에 워크 접합부가 회전 주축의 축선에 대하여 그만큼 크게 벗어나, 워크 접합체의 축심의 정확도가 나오지 않을(워크 접합체의 제 1 봉 형상 워크측의 축심과 제 2 봉 형상 워크측의 축심이 경사질) 우려가 있다.

그런데, 청구항 4에서는, 가이드핀에 의해 축선을 따라 슬라이딩할 수 있는 도넛형 커터가 스프링 부재에 의해 전방으로 스프링 가압 유지되고, 전방으로부터 눌리면 스프링 가압력에 저항하여 원활하게 후퇴할 수 있게 구성되어 있으므로, 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분을, 제 1, 제 2 워크를 마찰 압접할 때에 제 2 워크와 일체로 전진하는 부축 전단부(의 워크 파지 기구)가 커터와 간섭하는 정도까지 짧게(작게) 했다고 해도, 제 2 봉 형상 워크가 커터를 관통하여 전진할 때에, 부축의 전단부(의 워크 파지 기구)에 밀린 커터가 제 2 봉 형상 워크의 전진에 연계하여 원활하게 후퇴하므로, 제 1, 제 2 워크의 적절한 마찰 압접이 방해되지는 않고, 또한 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분이 짧아(작아)지는 만큼, 제 1, 제 2 워크의 단면끼리를 마찰 압접할 때에, 회전 주축의 축선에 대한 워크 접합부의 벗어남이 억제된다.

청구항 5에서는, 청구항 1∼4 중 어느 하나에 기재된 마찰 압접기의 버 제거 장치에 있어서, 상기 도넛형 커터의 내경(D)을 상기 봉 형상 워크의 외경(D')의 약 1.1배(D≒1.1D')로 구성했다.

(작용)

도넛형 커터의 내경이 워크의 외경에 대하여 지나치게 크면, 버를 전부 제거할 수 없기(워크 접합부에 버의 피전단부가 잔류하기) 때문에, 후처리가 번거롭게 된다. 한편, 도넛형 커터의 내경이 워크의 외경에 대하여 지나치게 접근하면(커터의 내경과 워크의 외경 간의 틈이 좁으면), 워크 접합부 외주면이 파내져서 워크의 표면에 상처가 나, 제품으로서 사용할 수 없다. 그리고, 발명자가 시험 제작을 거듭한 결과, 워크의 외경 여하에 관계없이, 도넛형 커터의 내경(D)은 봉 형상 워크의 외경(D')의 약 1.1배(D≒1.1D')가 최적인 것이 확인되었다.

즉, 도넛형 커터의 내경(D)이 봉 형상 워크의 외경(D')의 약 1.1배(D≒1.1D')로 구성되어 있기 때문에, 버를 보다 확실하게 전단 제거할 수 있어, 버가 제거된 워크 접합부의 표면도 보다 매끄럽다.

본 발명에 따른 마찰 압접기의 버 제거 장치에 의하면, 워크끼리를 마찰 압접한 후, 즉시 버를 전단 제거할 수 있으므로, 마찰 압접 개시부터 버 제거까지를 단시간에 행할 수 있다.

또한 마찰 압접 직후의 연한 상태의 버를 전단 제거하므로, 버를 확실하게 제거할 수 있음과 아울러, 버를 제거한 워크 접합부의 표면도 매끄러워, 그만큼 워크 접합체의 후처리도 간단하게 된다.

또한 구성이 대단히 간결하고 또한 콤팩트하여, 버 제거 장치를 편입한 마찰 압접기 전체가 대형화되지도 않는다.

청구항 2에 의하면, 회전 주축 전단부의 주위에 배열 설치한 커터 구동 수단인 둥근 고리형 유체압 실린더에 의해, 도넛형 커터를 회전 주축의 축선을 따라 정확하게 이동시킬 수 있으므로, 버를 보다 확실하고 또한 원활하게 제거할 수 있다.

또한 회전 주축 전단부의 주위에 배열 설치한 커터 구동 수단인 둥근 고리형 유체압 실린더의 구성은 대단히 간결하고 또한 콤팩트하여, 버 제거 장치를 편입한 마찰 압접기 전체를 한층 더 소형화할 수 있다.

청구항 3에 의하면, 회전 주축에 파지된 제 1 봉 형상 워크의 전단부에 도넛형 커터를 접근하여 배치함으로써 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분을 짧게 할 수 있고, 이것에 의해, 워크를 마찰 압접할 때의 워크 접합부의 회전 주축의 축선에 대한 벗어남이 적어져, 워크 접합체의 축심의 정확도가 높아진다.

청구항 4에 의하면, 제 2 봉 형상 워크의 돌출 부분을, 마찰 압접 공정에서 부축의 전단부(파지 기구)가 커터에 간섭(접촉)할 정도로 짧게 설정함으로써 워크를 마찰 압접할 때의 워크 접합부의 회전 주축의 축선에 대한 벗어남이 보다 적어져, 워크 접합체의 축심의 정확도가 더한층 높아진다.

청구항 5에 의하면, 버를 보다 확실하게 제거할 수 있음과 아울러, 버를 제거한 워크 접합부의 표면이 양쪽 워크의 표면과 면일치로 연속되는 매끄러운 면으로 되어, 그만큼 후처리도 더한층 간단하게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치의 종단면도이다.
도 2는 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도(도 3, 4, 5에 도시하는 선 II-II에 따른 단면도)이다.
도 3은 회전 주축측의 워크 파지 기구인 척 기구의 정면도이다.
도 4는 왕복대측의 워크 파지 기구인 클램프 기구의 정면도이다.
도 5는 도넛형 커터의 정면도이다.
도 6은 제 2 워크가 전진하여 제 1 워크에 마찰 압접되기 직전의 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도이다.
도 7은 워크의 마찰 압접 종료시의 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도이다.
도 8은 워크가 마찰 압접되는 모습을 설명하는 설명도로, (a)는 제 2 워크가 전진하여 제 1 워크에 맞닿은 마찰 압접 개시 직전의 상태, (b)는 제 1 워크와 제 2 워크의 마찰 압접이 종료한 상태를 각각 도시하는 도면이다.
도 9는 커터가 이동하여 버를 전단할 때의 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도이다.
도 10은 워크 접합체가 왕복대와 일체로 후퇴하여 버가 워크 접합체로부터 분리될 때의 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치의 주요부 확대 종단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치의 주요부인 도넛형 커터를 도시하며, (a)는 커터의 정면도, (b)는 커터 본체의 정면도이다.
도 13(a)는 커터 홀더대의 종단면도(도 12(a)에 나타내는 선 X1IIa-XIIIa에 따른 단면도), (b)는 커터 홀더대의 수평 단면도(도 12(a)에 도시하는 선 X1IIb-XIIIb에 따른 단면도), (c)는 일부를 파단하여 도시하는 커터 홀더대의 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

다음에 본 발명의 실시형태를 실시예에 기초하여 설명한다.

도 1∼도 10은 본 발명의 제 1 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치를 도시하고, 도 1∼5는 버 제거 장치를 편입한 마찰 압접기 및 봉마찰 압접기의 주요 구성부분을 도시하며, 도 6∼도 10은 워크의 마찰 압접부터 버 제거까지의 일련의 공정을 나타내는 설명도이다.

마찰 압접기(10)는, 예를 들면, 축부의 일단측에 우산부가 일체로 형성된 내연 기관용의 포핏 밸브의 축부측과 우산부측을 상이한 소재로 구성하는 경우와 같이, 기계적 강도가 우수한 금속재(SUH11)로 구성한 축부측의 제 1 봉 형상 워크(W1)와, 내열성이 우수한 금속재(SUH35)로 구성한 우산부측의 제 2 봉 형상 워크(W2)의 단면끼리를 마찰 압접에 의해 접합 일체화하고, 워크 접합체(W)(도 7, 10 참조)를 제조하는 장치로, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수평으로 배열 설치되고, 제 1 봉 형상 워크(W1)를 파지하는 회전 주축(22)과, 회전 주축(22)의 축선(L) 위를 따른 방향으로 왕복동작 가능하고, 제 1 워크(W1)와 동일 직경의 제 2 봉 형상 워크(W2)를 파지하는 부축(왕복대)(30)을 구비하고, 회전하는 제 1 워크(W1)의 단면에 제 2 워크(W2)의 단면을 눌러, 양쪽 워크(W1, W2)의 단면끼리를 마찰 압접에 의해 접합하게 되어 있다.

도 1에서, 부호 12는 마찰 압접기(10)의 받침대 프레임으로, 받침대 프레임(12) 위에는, 회전 주축(22)을 내장하는 주축대(20)와, 주축대(20)에 대하여 접근/이반 방향(도 1 좌우 방향)으로 진퇴동작 가능한 부축인 왕복대(30)가 각각의 전단부를 대향시켜 재치되어 있다.

회전 주축(22)은 회전 주축(22)의 케이싱인 주축대(20)의 하우징(21)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 주축대(20)의 후단부에 설치한 서보모터(23)의 구동이 커플링(23a)을 통하여 회전 주축(22)에 전달된다. 하우징(21)의 전방으로 돌출하는 회전 주축(22)의 전단부(22a)에는 워크 파지 기구인 척 기구(24)가 수용된 워크 삽입구멍(H1)이 설치되어 있다.

척 기구(24)는, 일반적으로는, 콜릿 척이라고 불리고 있으며, 도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 회전 주축(22)의 전단부(원통형 보디)(22a)의 내측에 배열 설치된 원통형의 슬리브(25)와, 슬리브(25)의 내측에 형성된 워크 삽입구멍(H1)과, 워크 삽입구멍(H1)의 내부에 수용되어, 워크(W1)의 삽입량을 규정하는 스토퍼(26)와, 워크 삽입구멍(H1)의 입구측에 설치된 원통형의 척 본체(27)와, 보디(22a)의 전단부에 고정되어, 척 본체(27)의 단차부(27a)에 맞닿는 캡(28)을 구비하여 구성되어 있다. 척 본체(27)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 둘레방향 동일한 간격으로 3개의 종방향 슬릿(27b1)이 형성되고, 반경방향으로 요동 가능한 둘레방향 등분 3개의 척 죠(jaw)(27b)가 그 선단측에 설치되어 있다. 슬리브(25)는 축방향으로 진퇴동작 가능하게 조립됨과 아울러, 접시스프링(25a)에 의해, 슬리브(25)측의 테이퍼면(25b)이 척 본체(27)측의 역테이퍼면(27c)에 걸어맞추어지도록, 항상 전방(도 2의 우측 방향)으로 스프링 가압되어 있다. 이 때문에, 척 본체(27)의 척 죠(27b)는 항상 워크 삽입구멍(H1)의 직경을 좁히는 방향으로 가압되어 있다.

슬리브(25)는, 도시하지 않은 유압실린더 기구에 의해, 접시스프링(25a)의 스프링력에 저항하여 후퇴하는 방향(도 2 좌측 방향)으로 이동할 수 있어, 슬리브(25)측의 테이퍼면(25b)에 의한 척 본체(27)측의 역테이퍼면(27c)으로의 누름력이 해제되면, 척 본체(27)의 척 죠(27b)에 작용하고 있던 가압력(구멍(H1)의 직경을 좁히는 방향으로 작용하는 가압력)이 소실된다.

즉, 척 기구(24)에 의해, 워크 삽입구멍(H1)에 삽입한 봉 형상 워크(W1)의 척 물림과 척 물림 해제를 행한다. 그리고, 워크 삽입구멍(H1)에 삽입된 봉 형상 워크(W1)가 척 기구(24)에 의해 물려 고정되면, 회전 주축(22)과 동축상으로 유지된다.

한편, 왕복대(30)는 리니어 가이드(31)를 통하여, 주축대(20)에 대하여 접근/이반 방향 슬라이드 가능하게 받침대 프레임(12) 위에 조립됨과 아울러, 서보모터(32)의 구동으로 회전구동하는 볼 나사(33)에 의해, 진퇴 동작한다. 부호 33a는 받침대 프레임(12) 위에 재치된, 볼 나사(33)의 축지지부이며, 모터(32)의 회전은 모터 구동축측 풀리(32a), 타이밍벨트(33b), 볼 나사측 풀리(33c)를 통하여, 볼 나사(33)에 전달된다.

또한 주축대(20)와 마주 대하는(正對) 왕복대(30)의 전단부에는, 도 1, 2, 4에 도시하는 바와 같이, 워크 파지 기구인 클램프 기구(34)가 설치되어 있다.

클램프 기구(34)는 상하방향으로 연계하여 슬라이딩 가능한 한 쌍의 직사각형 블록 형상의 클램프 죠(35A, 35B)와, 클램프 죠(35A, 35B)를 구동시키는 유압실린더 기구(도시 생략)로 구성되어 있다. 클램프 죠(35A, 35B)의 상하의 대향하는 면에는, 봉 형상 워크(W2)의 우산부 대응 영역에 대응하는 절결부(35a)가 각각 형성되고, 상하의 클램프 죠(35A, 35B) 사이에, 스토퍼(36)에 의해 삽입량이 규정된 워크 삽입구멍(H2)이 설치되어 있다. 또한 클램프 죠(35A, 35B)의 전단부측에는, 봉 형상 워크(W2)의 외경에 정합하는 원호 형상 클램프부(37a)를 형성한 클램프 블록(37)이 나사(35b)에 의해 각각 일체화되어 있다.

우산부 대응 영역이 형성되어 있는 봉 형상 워크(W2)를 워크 삽입구멍(H2)에 삽입하거나, 워크 삽입구멍(H2)으로부터 꺼내기 위해서는, 클램프 기구(34)에 의해 워크 삽입구멍(H2)을 상하방향을 개구시킨 형태(도 2 참조)로 하여, 클램프 죠(35A, 35B)의 측방으로부터 행한다. 그리고, 워크 삽입구멍(H2)에 삽입되고, 스토퍼(36)에 맞닿아 위치결정된 봉 형상 워크(W2)는, 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))로 상하로 클램프 됨으로써, 제 1 워크(W1)와 동축상으로 유지된다.

또한 주축대(20)의 하우징(21)의 전단부에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전 주축(22)의 전단부(22a)를 둘러싸는 원통형 유압실린더(40)가 조립되어 있다.

유압실린더(40)는, 내측 케이싱(41)과 외측 케이싱(42)에 의해 구성된 원통형의 실린더실(43)에, 원통형의 단차 형성 피스톤(44)이 배열 설치된 구조이며, 외측 케이싱(42)에 설치한 한 쌍의 공급 배출 포트(40a, 40b)를 통하여 실린더실(43)에 압유의 공급 배출이 행해짐으로써 피스톤(44)이 진퇴 동작한다. 부호 43a는 실린더실(43) 내의 바닥면으로부터 축방향으로 돌출하는 가이드핀이며, 피스톤(44)의 바닥면에 설치한 축방향으로 연장되는 가이드 구멍(44a)에 걸어맞추어져, 피스톤(44)을 회전 방지한다.

피스톤(44)의 선단부에는, 도 2, 5에 확대하여 도시하는 바와 같이, 회전 주축(22)의 축선(L)과 직교하고 또한 회전 주축(22)의 전단부(22a)(척 기구(24)에 물려 고정된 제 1 봉 형상 워크(W1)의 전단부)로부터 소정 거리 이간하도록, 도넛형 커터(50)가 8개의 고정 볼트(52)와 4개의 가이드핀(54)을 통하여 연결되어 있다.

도넛형 커터(50)는 피스톤(44)에 연결되는 평판 형상의 커터 홀더(50a)와, 커터 홀더(50a) 중앙의 걸어맞춤 구멍(50a1)에 나사와 그 밖의 고착 수단에 의해 고정된 원반형의 커터 본체(50b)로 구성되어 있다. 커터 홀더(50a)와 커터 본체(50b)는 면일치로 형성되고, 커터 본체(50b)의 중앙부에는 버 전단용의 커터 칼날을 구성하는 둥근 구멍(50b1)이 형성되어 있다.

또한 도넛형 커터(50)는, 커터 홀더(50a)의 주연부를 따른 원호 형상으로 형성된 좌우 한 쌍의 원호 형상 시트 부재(51(51A, 51B))와 적층한 형태이며, 피스톤(44)의 전단부로부터 이간되는 방향으로 스프링 가압 유지되어 있다.

즉, 고정 볼트(52)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 좌측과 우측의 원호 형상 시트 부재(51(51A, 51B))의 각각의 원호를 따라, 인접하여 4개씩 배치되고, 인접하는 고정 볼트(52, 52) 사이에는 가이드핀(54)이 배치되어 있다.

고정 볼트(52)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 와셔(53a) 및 컬러(53b)를 통하여 피스톤(44) 전단부에 나사결합되어 있고, 커터(50) 및 원호 형상 시트 부재(51)는 컬러(53b)의 외주를 따라 축방향으로 슬라이딩할 수 있다.

한편, 원호 형상 시트 부재(51)의 배면측에는, 너트(56)에 의해 고정된 가이드핀(54)이 돌출하고, 피스톤(44) 전단부에 설치한 단차 형성 구멍(44b)에 압입된 슬리브(53)에 가이드핀(54)이 축방향으로 슬라이딩 가능하게 걸어맞추어져 있다. 원호 형상 시트 부재(51)와 단차 형성 구멍(44b)의 단차부 사이에는, 압축 코일 스프링(55)이 개재되어 있다.

이와 같이, 도넛형 커터(50)는, 좌우 한 쌍의 원호 형상 시트 부재(51A, 51B)를 통하여 압축 코일 스프링(55)의 스프링력이 작용한 형태로 유지되어 있고, 제 2 워크(W2)의 돌출 부분(파지 기구(34)로 파지되어 있지 않은 워크 전방 돌출 길이)(d)에 따라서는, 제 2 워크(W2)가 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))를 관통하도록 전진하여 제 1 워크(W1)에 마찰 압접되는 공정에서, 제 2 워크(W2)와 일체로 전진하는 왕복대(30) 선단부의 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))가 커터(50)에 간섭하는 경우가 있지만, 그러한 경우에는, 클램프 기구(34)에 밀린 커터(50) 및 원호 형상 시트 부재(51)가 축선(L)을 따라 가라앉아(후퇴하여), 제 1 봉 형상 워크(W1)의 단면과 제 2 봉 형상 워크(W2)의 단면 사이에 소정의 누름력(압접력)이 작용하는 적정한 마찰 압접이 이루어지게 되어 있다. 또한, 압축 코일 스프링(55)의 스프링력으로서는 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때의 누름력(압접력)에 거의 영향을 주지 않을 정도의 약한 스프링력이 바람직하다. 예를 들면, 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때의 누름력(압접력)은 약 6500N인 것에 반해, 압축 코일 스프링(55)의 스프링력은 약 85N 정도이다.

또한 고정 볼트(52) 및 가이드핀(54)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 도넛형 커터(50)의 좌측과 우측에 이간하여 배치되어 있지만, 그 좌우의 간격(L2)은 왕복대(30) 선단의 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))의 좌우 폭(L1)(도 4 참조)보다도 충분히 크다. 이 때문에, 왕복대(30)가 전진하여 왕복대(30)의 전단부가 커터(50)에 간섭(접촉)하는 경우에는, 왕복대(30) 선단의 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))가 커터(50)측의 고정 볼트(52)나 가이드핀(54)에 간섭하지 않고, 게다가 클램프 죠(35A, 35B)의 전면측에 돌출해 있는 클램프 블록(37)의 평탄한 전면이 커터(50) 중앙부의 평면 영역에 맞닿으므로, 커터(50) 및 원호 형상 시트(51)는 축선(L)을 따라 정확하게 가라앉을(후퇴할) 수 있다.

특히, 회전하는 제 1 봉 형상 워크(W1)와 전진하는 제 2 봉 형상 워크(W2) 사이에 버 제거용의 커터를 배치하지 않는 상태에서 마찰 압접을 행하는, 종래기술(종래의 마찰 압접기)에 대하여, 본 실시예에서는, 제 1 봉 형상 워크(W1)의 전방에 배치한 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))를 관통하도록 제 2 봉 형상 워크(W2)를 전진시켜 마찰 압접을 행하기 때문에, 왕복대(30) 전단부의 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))가 커터(50)와 간섭하지 않도록, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(파지 기구(34)로 파지되어 있지 않은 워크 전방 돌출 길이)(d)을, 종래의 마찰 압접기에 있어서의 제 2 워크의 돌출 부분보다 적어도 커터(50)의 두께 상당만큼 길게 할 필요가 있다. 즉, 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때에 발생하는 버(w)가 커터와 접촉하면, 버와 커터가 용착되어 버리거나, 마찰열에 의해 커터(50)의 수명이 저하되는 등, 마찰 압접 공정 및 버 제거 공정을 원활하게 수행할 수 없기 때문이다.

그러나, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)이 길어(커)지면, 워크(W1, W2)의 단면끼리를 마찰 압접할 때에, 회전 주축(22)의 축선(L)에 대하여 워크 접합부가 벗어나, 워크 접합체(W)의 축심의 정확도가 나오지 않을(워크 접합체(W)의 제 1 봉 형상 워크(W1)측의 축심과 제 2 봉 형상 워크(W2)측의 축심이 경사질) 우려가 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 첫 번째로는, 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때에 발생하는 버(w)와 접촉하지 않는 범위에서, 도넛형 커터(50)가 제 1 봉 형상 워크(W1)의 전단부에 가능한 한 접근하여 배치됨으로써 그만큼 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)을 짧게 할 수 있고, 이것에 의해, 워크(W1, W2)의 단면끼리를 마찰 압접할 때에 회전 주축(22)의 축선(L)에 대한 워크 접합부의 벗어남이 억제되도록 구성되어 있다.

두 번째로는, 도넛형 커터(50)는 가이드핀(54)에 의해 회전축(22)의 축선(L)을 따라 슬라이딩할 수 있게 구성됨과 아울러, 압축 스프링(55)에 의해 전방으로 스프링 가압 유지되어, 전방으로부터 눌리면 스프링 가압력에 저항하여 원활하게 후퇴할 수 있게 구성되어 있으므로, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)을, 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때에 왕복대(30)의 전단부(파지 기구(34))가 커터(50)에 간섭(커터(50)를 누름)할 정도로까지 짧게(작게) 했다고 해도, 제 2 봉 형상 워크(W2)가 도넛형 커터(50)를 관통하여 전진할 때에, 왕복대(30)의 전단부(파지 기구(34))에 밀린 커터(50)가 제 2 봉 형상 워크(W2)의 전진에 연계하여 원활하게 후퇴하므로, 워크(W1, W2)의 적절한 마찰 압접이 방해되지는 않는다. 또한 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)이 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때에 왕복대(30)의 전단부(파지 기구(34))가 커터(50)에 간섭(커터(50)를 누름)할 정도로까지 짧아(작아)짐으로써 워크(W1, W2)를 마찰 압접할 때에 워크 접합부가 회전 주축(22)의 축선(L)에 대하여 크게 벗어나지도 않는다.

또한 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))의 내경(D)은, 발명자가 시험 제작을 거듭한 결과, 가장 바람직하다고 생각되는 크기인, 워크 접합체(W)(봉 형상 워크(W1, W2)의 외경(D')의 약 1.1배(D≒1.1D')로 구성되고, 마찰 압접 공정에서는 봉 형상 워크(W2)가 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))를 관통하여 원활하게 전진할 수 있음과 아울러, 버 제거 공정에서는 봉 형상 워크(W1, W2)의 접합부 외주에 형성된 링 형상의 버(w)를 확실하고 또한 원활하게 전단 제거할 수 있다.

즉, 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))의 내경이 워크(W1, W2)의 외경에 대하여 지나치게 크면, 버(w)를 모두 제거할 수 없기(워크 접합부에 버(w)의 피전단부가 잔류하기) 때문에, 후처리가 번거롭게 된다. 한편, 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))의 내경이 워크(W1, W2)의 외경에 대하여 지나치게 접근하면(커터(50)의 내경과 워크(W1, W2)의 외경 사이의 틈이 좁으면), 마찰 압접 공정에서 봉 형상 워크(W2)가 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))를 관통하여 원활하게 전진할 수 없어, 버 제거 공정에서 워크 접합체의 표면에 상처를 낼 우려가 있다.

그런데, 도넛형 커터(50)의 내경(D)이 워크(W1, W2)의 외경 여하에 관계없이, 봉 형상 워크(W1, W2)의 외경(D')의 약 1.1배(D≒1.1D')로 설정되어, 버(w)를 보다 확실하게 전단 제거할 수 있어, 버(w)가 제거된 워크 접합부의 표면도 매끄럽다.

또한, 도넛형 커터(50)의 둥근 구멍(50b1)은, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이, 커터로서 기능하는, 진원으로 형성된 소정 폭의 배면측 스트레이트부(50b11)와, 전면측으로 갈수록 직경이 큰 테이퍼부(50b12)로 구성되어 있다. 테이퍼부(50b12)는 워크(W1)를 커터(50)의 전면측에서 회전 주축(22) 전단부(22a)의 워크 삽입구멍(H1)에 삽입할 때에, 워크(W2)를 둥근 구멍(50b1)에 삽입통과시키기 쉽게 하기 위한 것으로, 반드시 필요한 것은 아니며, 둥근 구멍(50b1) 전체를 스트레이트부로 구성해도 된다.

다음에 제 1 워크(W1)와 제 2 워크(W2)를 마찰 압접하는 공정과, 워크 접합부에 발생한 링 형상의 버를 전단 제거하는 버 제거 공정을, 도 2 및 도 6∼도 10을 참조하여 설명한다.

우선, 도 2에 도시하는 바와 같이, 주축대(20)에 있어서의 회전 주축(22) 전단부(22a)의 워크 삽입구멍(H1)에 워크(W1)를 삽입하고, 척 기구(24)로 물려 고정한다. 한편, 주축대(20)로부터 충분히 이간시킨 왕복대(30)의 워크 삽입구멍(H2)에는 워크(W2)를 삽입하고, 클램프 기구(34)로 클램프 한다.

다음에 서보모터(23)를 구동하여, 회전 주축(22)과 일체로 워크(W1)를 회전시킴과 아울러, 서보모터(32)를 구동하여, 왕복대(30)와 일체로 워크(W2)를 전진시킨다. 워크(W2)는, 도 6, 7에 도시하는 바와 같이, 도넛형 커터(50)를 관통하도록 전진하고, 회전 주축(22)과 일체로 회전하는 워크(W1)에 눌리고, 커터(50)의 회전 주축(22)측에서, 워크(W1)와 워크(W2)의 단면끼리 마찰 압접된다.

상세하게는 소정의 마찰 추력(예를 들면, 6500N)에 의해 워크(W1)와 워크(W2)의 접촉 부분이 가열되고, 워크(W1)의 회전의 급정지와 동시에 업셋 추력(예를 들면, 13000N)이 부가되어, 압접이 완료되지만, 워크(W1)와 워크(W2)의 접합부에는 링 형상의 버(w)가 생긴다.

도 8은 워크(W1)에 워크(W2)가 마찰 압접되는 모습을 설명하는 설명도이며, (a)는 워크(W2)가 전진하여 워크(W1)에 맞닿은 마찰 압접 개시 직전의 상태(도 6에 대응하는 도면), (b)는 워크(W1)와 워크(W2)의 마찰 압접이 종료되고, 접합부에 버(w)가 발생한 상태(도 7에 대응하는 도면)를 각각 도시한다.

본 실시예에서는, 예를 들면, SUH11제의 제 1 워크(W1)는 전장 100mm, 축부 외경 6mm로 구성되고, SUH35제의 제 2 워크(W2)는 전장 50mm, 축부 외경 6mm로 구성됨과 아울러, 제 1 워크(W1)와 제 2 워크(W2)의 소모 부분(마찰 압접에 의해 축소되는 워크(W1), 워크(W2)의 전체 길이)는 6mm, 워크(W1)의 전단부와 커터(50)의 간극(δ1)은 1.2mm, 제 2 워크(W2)의 돌출 부분(d)은, 마찰 압접 공정에서 왕복대(30) 전단부의 클램프 기구(34)이 전진 도중에 커터(50)와 간섭하는, 10mm로 설정되어 있다. 또한, 도 8에서, 부호 P0은, 워크(W1, W2)의 맞닿음 위치, 부호 P1은 워크(W1, W2)의 접합 위치(도 8(a)에 도시하는 부호 P0에 대응하는 위치), 부호 P34는 마찰 압접 개시 직전의 클램프 기구(34) 전단부의 위치, 부호 P50은 마찰 압접 개시 직전의 커터(50) 전면의 위치를 각각 나타낸다.

그리고, 왕복대(30)(클램프 기구(34))는, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이, 워크(W2)의 전단부가 커터(50)를 관통하여 워크(W1)에 맞닿고, 마찰추력이 작용하기 시작하는 마찰 압접 개시 위치로부터 3.8mm 정도 전진하여 커터(50)와 간섭한다. 왕복대(30)(클램프 기구(34))가 커터(50)와 간섭하는 위치에서, 워크(W1)의 회전을 급정지하고, 동시에 왕복대(30)를 고추력으로 전진시킴(워크(W1, W2)의 압접면에 업셋 추력을 부가함)으로써, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 왕복대(30)(워크(W2)) 및 커터(50)가 2.2mm 정도 더 전진하여, 워크(W1)과 워크(W2)의 접합부에는 링 형상의 버(w)가 발생한다.

즉, 마찰 압접이 종료한 워크 접합체(W)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 그 양단부가 회전 주축(22)(의 척 기구(24))과 왕복대(30)(의 클램프 기구(34))에 파지되고, 도넛형 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))를 관통한 형태로 유지되어 있지만, 커터(50)의 회전 주축(22)측에 위치하는 접합부의 외주에는 링 형상의 버(w)가 형성되어 있다. 또한 도 8(b)에 도시하는 바와 같이 버(w)와 커터(50) 사이(δ2)는 0.7mm 이간되어 있다.

다음에 도 9에 도시하는 바와 같이, 유압실린더(40)를 구동하여, 커터(50)가 회전 주축(22)측으로 이동하여, 링 형상의 버(w)를 전단한다.

이어서, 회전 주축(22)측의 척 기구(24)에 의한 워크 접합체(W)의 척을 해제하고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 왕복대(30)와 일체로 워크 접합체(W)를 회전 주축(22)으로부터 후퇴시켜, 워크 접합체(W)를 회전 주축(22)(의 워크 삽입구멍(H1)) 및 도넛형 커터(50)로부터 뽑아낸다. 워크 접합체(W)가 커터(50)(의 둥근 구멍(50b1))으로부터 뽑혀 나올 때에, 링 형상의 버(w)가 워크 접합체(W)로부터 분리되어 낙하한다.

워크 접합체(W)로부터 분리된 버(w)는 커터(50)의 배면을 따라 낙하하는데, 원호 형상 시트 부재(51(51A, 51B))는 좌우로 이간되어 있어, 버(w)가 원호 형상 시트 부재(51)에 걸리지 않고, 커터(50)의 하방에 배치된 트레이(도시 생략)에 확실하게 낙하한다.

최후에, 왕복대(30)의 클램프 기구(34)에 의한 워크 접합체(W)의 클램프를 해제하여, 왕복대(30)의 워크 삽입구멍(H2)으로부터 워크 접합체(W)를 뽑아낸다.

이와 같이 본 실시예의 버 제거 장치는 주축대(20)와 왕복대(30) 사이에 배치한 도넛형 커터(50)와, 주축대(20)의 하우징 전단부에 설치된 커터 구동 수단인 둥근 고리 형상의 유압실린더(40)로 구성된 대단히 간결하고 또한 콤팩트한 것으로, 버 제거 장치를 편입한 마찰 압접기 전체도 콤팩트하여, 큰 마찰 압접기 설치 스페이스를 차지하지도 않는다.

또한 워크(W1, W2)끼리를 마찰 압접한 후, 즉시 버(w)를 전단 제거할 수 있으므로, 워크끼리의 접합으로부터 버 제거까지의 사이클 타임이 현저하게 단축된다.

또한 마찰 압접 직후의 연한 상태의 버(w)를 전단 제거하므로, 버(w)를 확실하고 또한 원활하게 제거할 수 있음과 아울러, 버(w)를 제거한 워크 접합부의 표면도 매끄러워, 그만큼 후처리도 간단하게 된다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치의 주요부 종단면도이다.

상기한 제 1 실시예에서는, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 형상(축부에 비해 직경이 큰 우산부 대응 영역을 갖는 형상)에 대응하여, 왕복대(30)의 전단부에 설치하는 워크 파지 기구가 왕복대(30)의 측방으로부터 워크 삽입구멍(H2)으로의 워크(W2)의 출납이 가능한 클램프 기구(34)(클램프 죠(35A, 35B))로 구성되어 있는 것에 대해, 이 제 2 실시예에서는, 내열성이 우수한 금속재(SUH35)로 구성한 제 2 봉 형상 워크(W2')가 기계적 강도가 우수한 금속재(SUH11)로 구성한 제 1 봉 형상 워크(W1)와 거의 동일한 형상이다.

이 때문에, 왕복대(30A)의 전단부에 설치하는 워크 파지 기구로서 왕복대(30)의 전방으로부터 워크 삽입구멍(H2)으로의 워크(W2')의 출납이 가능한, 주축대(20)의 회전 주축(22)의 전단부에 설치한 워크 파지 기구인 척 기구(24)와 동일한 구조의 척 기구(24A)가 설치되어 있다.

그 밖은 상기 제 1 실시예와 동일하며, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명은 생략한다.

도 12, 13은 본 발명의 제 3 실시예인 마찰 압접기의 버 제거 장치의 주요부인 도넛형 커터를 도시하고, 도 12(a)는 도넛형 커터의 정면도, 도 12(b)는 커터 본체의 정면도, 도 13(a)는 커터 홀더대의 종단면도(도 12(a)에 도시하는 선 X1IIa-XIIIa에 따른 단면도), 도 13(b)는 커터 홀더대의 수평 단면도(도 12(a)에 도시하는 선 X1IIb-XIIIb에 따른 단면도), 도 13(c)는 일부를 파단하여 나타내는 커터 홀더대의 사시도이다.

부호 60은 도넛형 커터를 나타내고, 커터(60)는 중앙에 큰 둥근 구멍(63)이 설치된, 대략 원반 형상의 커터 홀더대(62)와, 홀더대(62) 내주의 슬라이드 홈(66)에 바요넷 걸어맞춤하는 커터 홀더(60a)와, 커터 홀더(60a) 중앙의 걸어맞춤 구멍(60a1)에 나사와 그 밖의 고착 수단에 의해 고정된 커터 본체(60b)로 구성되어 있다. 커터 본체(60b)의 중앙부에는 버를 전단하기 위한 둥근 구멍(60b1)이 형성되어 있다.

슬라이드 홈(66)을 형성하는 홀더대(62)의 둥근 구멍(63)의 내주 가장자리부에는 홀더대(62)의 배면과 면일치하는 배면측 플랜지부(64)가 형성되고, 홀더대(62)의 전면에 있어서의 둥근 구멍(63)을 사이에 낀 좌우 양측에는, 배면측 플랜지부(64)에 대응하는 좌우 한 쌍의 전면측 플랜지부(65, 65)가 형성되고, 양쪽 플랜지부(64, 65) 사이에는, 둥근 구멍(63)의 내주를 따른 좌우 한 쌍의 정면에서 보아 원호 형상의 슬라이드 홈(66)이 형성되어 있다.

한편, 커터 홀더(60a)의 좌우의 측가장자리부(60a2, 60a2)는 홀더대(62)의 슬라이드 홈(66)에 걸어맞추는 원호 형상으로 형성되고, 그 상하 길이(L3)는 홀더대(62)의 전면측 플랜지부(65, 65) 형성 영역(65a, 65a)의 폭(L4)보다도 어느 정도 짧게 형성되어 있다. 그리고, 도 12(a)의 가상선으로 나타내는 바와 같이, 커터 홀더(60a)를 세로로 길게 하여, 홀더대(62)의 전면측 플랜지부(65, 65) 형성 영역(65a, 65a) 사이의 배면측 플랜지부(64)에 그 배면측이 맞닿도록 하고, 커터 홀더(60a)를 시계방향으로 회동함으로써 커터 홀더(60a)의 측가장자리부(60a1, 60a)가 홀더대(62)의 슬라이드 홈(66, 66)에 바요넷 걸어맞추어지고, 커터 홀더(60a)와 둥근 구멍(63)의 주연부는 면일치된다.

부호 67은 홀더대(62)의 전면측 플랜지부(65)의 둥근 구멍(65a1)에 압입 고정되고, 슬라이드 홈(66) 내에 돌출하는 위치결정 핀으로, 커터 홀더(60a)의 측가장자리 단부(60a3, 60a3)가 위치결정 핀(67, 67)에 맞닿음으로써 홀더대(62)에 대하여 커터 홀더(60a)를 둘레방향으로 위치결정할 수 있다. 또한 커터 홀더(60a)가 위치결정되면, 홀더대(62)와 커터 홀더(60a)의 각각의 볼트 삽입통과 구멍(68, 69)이 정합하므로, 홀더대(62)측의 구멍(68)을 통하여 볼트(도시 생략)를 커터 홀더측의 구멍(69)에 나사 결합함으로써 커터 홀더(60a)를 홀더대(62)에 고정 일체화할 수 있다.

한편, 커터 홀더(60a)를 홀더대(62)로부터 떼어내기 위해서는, 볼트(도시 생략)를 풀고, 커터 홀더(60a)를 반시계방향으로 90도 회동하여, 커터 홀더(60a)의 측가장자리부(60a2, 60a2)의 홀더대(62)의 슬라이드 홈(66, 66)과의 걸어맞춤을 풀면, 커터 홀더(60a)를 홀더대(62)로부터 간단하게 분리할 수 있다.

상기 제 1 실시예에서는, 커터 본체(50b)를 교환하는 경우, 피스톤(44)으로부터 커터 홀더(60a)를 분리하지 않으면 안 되어, 대단히 번거로운 것에 반해, 본 실시예에서는, 피스톤(44)에 연결된 홀더대(62)에 대하여 커터 홀더(60a)를 간단하게 장착/탈착할 수 있으므로, 커터 본체(60b)의 교환이 용이하다.

또한, 부호 62a, 62b는 홀더대(62)에 형성한 고정 볼트(52)(도 5 참조) 삽입통과용의 구멍, 가이드핀(54)(도 5 참조)의 수나사부 삽입통과용의 구멍이다.

또한 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 배면측 플랜지부(64)의 정면에서 보아 상측 영역(64a)은 원호 형상으로 뻗어 있지만, 배면측 플랜지부(64)의 정면에서 보아 하측 영역은, 전면측 플랜지부(65, 65) 형성 영역(65a, 65a)의 대향측면(65b, 65b)에 대응하는 위치에서 절결되어, 커터 본체(60b)(의 둥근 구멍(60b1))의 배면측 하방에는, 낙하하는 버(w)의 장해가 되는 부위가 없어, 버 제거 공정에서 워크 접합체(W)로부터 분리된 버(w)는 커터(60)의 하방에 배치된 트레이(도시 생략)에 확실하게 낙하하게 되어 있다.

그 밖은 상기한 제 1 실시예와 동일하며, 동일한 부호를 붙임으로써 그 중복된 설명은 생략한다.

또한, 상기한 제 1∼제 3 실시예에서는, 유압실린더(40)의 피스톤(44)의 전단부에 연결된 도넛형 커터(50(60))는, 전방에서 눌리면 스프링 가압력에 저항하여 후퇴할 수 있도록 구성됨과 아울러, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)은, 마찰 압접 시에 왕복대(30)의 전단부(파지 기구(34))가 커터(50(60))와 간섭(를 누름)할 정도로 짧게 설정되어, 워크(W1, W2(W2')를 마찰 압접할 때에 워크 접합부의 축선(L)에 대한 벗어남을 적게 하도록 구성되어 있지만, 워크(W1, W2(W2'))의 마찰 압접 시에 왕복대(30)의 전단부(파지 기구(34))가 커터(50)와 간섭하지 않도록, 제 2 봉 형상 워크(W2)의 돌출 부분(d)을 소정의 길이로 설정하고, 커터(50)의 회전 주축(22)측에어서 워크(W1, W2(W2'))가 마찰 압접되도록 구성해도 되고, 이러한 구성에서는, 피스톤(44)의 전단부에 고정 볼트를 통하여 커터(50)가 고정된 단순한 구조이면 된다. 즉, 왕복대(30)에 밀려서 커터(50)가 축선(L)과 평행하게 후퇴된다고 하는, 복잡한 구조가 불필요하게 된다.

또한, 상기한 제 1∼제 3 실시예에서는, 커터(50)를 회전 주축(22)의 축선(L)을 따라 이동시키는 커터 구동 수단이 유압실린더(40)로 구성되어 있지만, 공기압 실린더와 그 밖의 유체압 실린더로 구성해도 된다.

또한 상기한 제 2 실시예에서는, 기계적 강도가 우수한 금속재(SUH11)로 구성한 제 1 봉 형상 워크(W1)를 회전 주축(22)측으로 파지하고, 내열성이 우수한 금속재(SUH35)로 구성한 제 2 봉 형상 워크(W2')를 왕복대(30)측으로 파지하고, 회전하는 제 1 봉 형상 워크(W1)의 단면에 제 2 봉 형상 워크(W2)의 단면을 눌러 양쪽 워크(W1, W2)를 마찰 압접하도록 구성되어 있지만, 제 1 봉 형상 워크(W1)를 내열성이 우수한 금속재(SUH35)로 구성하고, 제 2 봉 형상 워크(W2')를 기계적 강도가 우수한 금속재(SUH11)로 구성하고, 회전하는 SUH35제의 봉 형상 워크(W2)의 단면에 SUH11제의 봉 형상 워크(W2)의 단면을 눌러 양쪽 워크를 마찰 압접하도록 구성해도 된다.

또한 상기한 실시예에서는, 마찰 압접하는 한 쌍의 워크의 일방이 SUH35로 구성되고, 타방이 SUH11로 구성되어 있지만, 워크(W1, W2)를 구성하는 금속재는 이것들에 한정되는 것은 아니고, 마찰 압접에 의해 접합할 수 있는 금속재이면, 어떠한 금속재로 구성되어 있어도 된다.

10 마찰 압접기
12 받침대 프레임
20 주축대
21 회전 주축의 케이싱(주축대의 하우징)
22 회전 주축
22a 회전 주축 전단부
23 회전 주축구 동용의 서보모터
24 콜릿 척(워크 파지 클램프 기구)
25 슬리브
26 스토퍼
27 척 본체
30 부축인 왕복대
H1 워크 삽입구멍
31 리니어 가이드
32 왕복대 구동용의 서보모터
33 볼 나사
34 워크 파지 기구인 클램프 기구
35A, 35B 클램프 죠
H2 워크 삽입구멍
d 제 2 워크의 돌출 부분
40 커터 구동 수단인 유압실린더
44 원통형 피스톤
50, 60 도넛형 커터
50b1, 60b1 커터의 둥근 구멍
51(51A, 51B) 원호 형상 시트 부재
52 고정 볼트
54 가이드핀
55 압축 코일 스프링
W1 제 1 봉 형상 워크
W2, W2' 제 2 봉 형상 워크
W 봉 형상 워크 접합체
w 링 형상의 버

Claims (8)

1. 수평으로 배열 설치된 회전 주축과, 상기 회전 주축의 전단부에 설치되고, 제 1 봉 형상 워크를 이 회전 주축과 동축상으로 파지하는 파지 기구와, 상기 회전 주축의 축선을 따라 접근/이반 방향으로 왕복동작 가능한 부축과, 상기 회전 주축의 전단부와 마주 대하는 상기 부축의 전단부에 설치되고, 제 2 봉 형상 워크를 상기 제 1 봉 형상 워크와 동축상으로 파지하는 파지 기구를 구비하고, 상기 회전 주축과 일체로 회전하는 제 1 봉 형상 워크에 대하여 상기 부축과 일체로 상기 제 2 봉 형상 워크를 전진시켜, 회전하는 제 1 봉 형상 워크의 단면에 제 2 봉 형상 워크의 단면을 눌러 양쪽 워크를 마찰 압접하는 마찰 압접기에 있어서,
   상기 제 1, 제 2 봉 형상 워크는 동일 직경으로 형성되고, 상기 회전 주축에 파지된 제 1 봉 형상 워크로부터 떨어진 영역중 상기 회전 주축에 대하여 전방의 위치에는, 상기 봉 형상 워크의 외경보다 약간 큰 내경을 갖고, 상기 회전 주축의 축선을 따라 이동 가능한 도넛형 커터가 설치된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커터의 구동 수단은 상기 회전 주축의 케이싱 전단부에 설치되어, 파지 기구를 내장하는 상기 회전 주축의 전단부를 둘러싸는 둥근 고리형 유체압 실린더로 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도넛형 커터는 상기 회전 주축에 파지된 제 1 봉 형상 워크의 전단부로부터 워크를 마찰 압접할 때에 발생하는 버와 접촉하지 않는 최단 거리만큼 이간하도록 배치된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 도넛형 커터는, 상기 둥근 고리형 유체압 실린더를 구성하는 통형 피스톤의 전단부에, 가이드핀을 통하여 축방향으로 슬라이딩 가능하게 연결됨과 아울러, 상기 피스톤과 상기 커터 사이에 개재된 스프링 부재에 의해, 피스톤으로부터 이간되는 방향으로 스프링 가압되어, 상기 제 1 봉 형상 워크에 대하여 상기 제 2 봉 형상 워크가 전진하여 마찰 압접될 때에, 상기 커터가 상기 부축의 전단부에 눌려서 후퇴하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도넛형 커터의 내경(D)은 상기 봉 형상 워크의 외경(D')의 1.1배(D=1.1D')로 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 도넛형 커터는, 상기 둥근 고리형 유체압 실린더를 구성하는 통형 피스톤의 전단부에, 가이드핀을 통하여 축방향으로 슬라이딩 가능하게 연결됨과 아울러, 상기 피스톤과 상기 커터 사이에 개재된 스프링 부재에 의해, 피스톤으로부터 이간되는 방향으로 스프링 가압되어, 상기 제 1 봉 형상 워크에 대하여 상기 제 2 봉 형상 워크가 전진하여 마찰 압접될 때에, 상기 커터가 상기 부축의 전단부에 눌려서 후퇴하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 도넛형 커터의 내경(D)은 상기 봉 형상 워크의 외경(D')의 1.1배(D=1.1D')로 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 도넛형 커터의 내경(D)은 상기 봉 형상 워크의 외경(D')의 1.1배(D=1.1D')로 구성된 것을 특징으로 하는 마찰 압접기의 버 제거 장치.

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